4 |
Неметаллические |
ОПК-3 |
Базовый |
Т, ЗЛР |
|
кристаллы. |
ОПК-4 |
Базовый |
Т, ЗЛР |
5 |
Теория свободных |
ОПК-3 |
Пороговый |
Т |
|
электронов. |
ОПК-4 |
Пороговый |
Т |
6 |
Основы зонной теории |
ОПК-3 |
Пороговый |
Т |
|
твердых тел. |
ОПК-4 |
Пороговый |
Т |
7 |
Кристаллическое строение |
ОПК-3 |
Базовый |
Т, КА |
|
металлов. |
ОПК-4 |
Базовый |
Т |
8 |
Природа полиморфизма |
ОПК-3 |
Базовый |
Т, КА |
|
металлов. |
ОПК-4 |
Базовый |
Т, КА |
* Планируемые формы контроля: защита лабораторной работы (ЗЛР), тестирование, ответы на вопросы (Т), кейс-анализ (КА).
Вопросы к зачету
1.Основные положения волновой механики, свойства электрона.
2.Соотношения Гейзенберга и Де-Бройля, их связь с энергией электронов.
3.Способ описания состояния элементарных частиц. Понятия волновой функции, условия нормировки. Принципиальные отличия классической и волновой механики.
4.Энергетические уровни атома водорода.
5.Плотность электронного облака атома водорода для s-состояния.
8.Атом водорода. Форма и расположение р- орбиталей
9.Атом водорода. Представления о формах и расположении d-орбитали.
9.Заполнение электронных уровней свободных атомов по периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Переходные и непереходные элементы.
10.Зависимость энергии электронных оболочек от атомного номера элемента.
11.Форма и расположение электронных оболочек в многоэлектронных атомах р-элементов. 12.Форма и расположение электронных оболочек в многоэлектронных атомах d-элементов.
13.Природа сил притяжения и отталкивания атомов в конденсированном состоянии.
14.Расщепление и гибридизация энергетических уровней электронов в конденсированном состоянии вещества.
15.Виды связей в твердых телах. Понятия насыщенности, направленности.
16.Межатомное дисперсионное взаимодействие. Диполь-дипольное межмолекулярное взаимодействие. Строение молекулярных кристаллов и электретов.
17.Ионная связь, физическая природа, энергия, свойства. Принцип формирования ионных кристаллов. Координационное число, типичные решетки.
18.Ковалентная связь, физическая природа, энергия, свойства.
19.Сигма-связь, образованная путем спинового расщепления орбиталей.
20.Правило 8-N, общий принцип формирования структур ковалентных кристаллов.
21.Кристаллические структуры углерода и кремния.
22.Кристаллические структуры элементов V-VII групп периодической системы Д.И. Менделеева.
23.Металлическая связь, общие представления, энергия, свойства.
24.Приближение свободных электронов для описания свойств металлов.
25.Понятие пространства импульсов, энергия и сфера Ферми.
26.Распределение состояния электронов по энергиям в теории свободных электронов при температуре абсолютного нуля. Понятие энергии Ферми.
27.Влияние температуры на распределение состояния электронов по энергиям в теории свободных электронов. Распределение Ферми-Дирака. Температура вырождения.
28.Взаимодействие свободных электронов с периодическим полем решетки. Волна де Бройля.
29.Зависимость кинетической энергии электрона от волнового числа с учетом периодического поля кристалла
взонной теории твердых тел понятие запрещенной энергии.
30.1-я и 2-я зоны Бриллюэна для модели плоской («квадратной») и примитивной кубической кристаллической решетки.
31.Плотность электронных состояний в зонной теории металлов на примере плоской и примитивной кубической модели решетки.
32.Плотность электронных состояний в зонной теории металлов. Нахождение пика на кривой N(E) для ГЦК
11
решетки.
33.Плотность электронных состояний в зонной теории металлов. Нахождение пика на кривой N(E) для ОЦК решетки.
34.Плотность электронных состояний в зонной теории металлов для 3d и 4s уровней.
35.Применение зонной теории для описания равновесия фаз. Диаграмма состояния Cu-Zn.
36.Кристаллические решетки элементов периодической системы, общая закономерность.
37.Физические причины существования ОЦК решеток металлов.
38.Особенности межатомной связи и свойств ГП металлов.
39.Полиморфные превращения в металлах. Эффект сжатия атомных радиусов.
40.Кристаллические решетки железа. Физические причины их существования.
41.Классификация твердых фаз. Правила Юм-Розери для неограниченных твердых растворов.
42.Электронные соединения: межатомные связи, кристаллическая структура и свойства.
43.Фазы внедрения их кристаллическая структура и свойства.
Критерии оценки:
-оценка «зачтено» Зачет выставляется студенту, выполнившему и защитившему весь объем лабораторных работ, знающему основные понятия, физических принципов и терминологии в объеме, необходимом для дальнейшей учебы и работы по профессии и ответившему не менее чем на 75% вопросов теста; умеющему моделировать и анализировать строение твердых тел; владеющему навыками использования компьютерной техники для решения поставленных кейсзадач;
-оценка «не зачтено» выставляется студенту, не выполнившему или не защитившему лабораторные работы и обнаружившему серьезные пробелы в знании материала, не усвоившему основные принципы формирования кристаллической структуры и свойств материалов, и не ответившему на теоретические вопросы.
Типовые оценочные материалы
1. Тесты для текущей проверки знаний
№ |
Вопрос, задание |
|
|
|
Варианты ответа, решения |
1. |
Волновая механика в отличие от |
1) |
Не описывается законами Ньютона. |
||
|
классической |
2) |
Способна предсказать лишь вероятность события. |
||
|
|
3) |
Применима только к волновым процессам. |
||
2. |
Почему квантовые числа целые? |
1) |
Из-за дискретности спектра излучения. |
||
|
|
2) |
Из-за неделимости элементарных частиц. |
||
|
|
3) |
Стационарный процесс предполагает целое число |
||
|
|
|
волн |
|
|
3. |
Чему равна скорость движения |
1. |
0,2 106м/с |
||
|
электрона, если из условий |
2. |
0,2 10-6м/с |
||
|
дифракции известно, что длина его |
3. |
3 10 |
8 |
м/с |
|
|
|
|||
|
волны составляет 0,3 нм. |
|
|
|
|
4. |
Какие квантовые числа |
1. |
n, l, и m |
||
|
характеризуют энергию электрона |
2. |
n и l |
|
|
|
в атоме? |
3. |
Только n |
||
5. |
Состояние скольких электронов |
1. |
Одного |
||
|
соответствует одной полярной |
2. |
Двух |
|
|
|
диаграмме? |
3. |
Всех валентных |
||
6. |
Почему для тяжелых элементов |
1. |
Из-за числа электронов в атоме |
||
|
закон Мозли, выполняется, а для |
2. |
Из-за величины заряда ядра |
||
|
легких нет? |
3. |
Из-за размеров электронных оболочек. |
||
7. |
К переходным относятся |
1), проявляющие свойства металлов и металлоидов; |
|||
|
элементы |
2) находящиеся между легкими и тяжелыми |
|||
|
|
элементами; |
|||
|
|
3) с недостроенными внутренними электронными |
|||
|
|
оболочками |
|||
8. |
Какие основные приемы |
1. |
Нахождение волновой функции электрона. |
||
12
|
используются для реконструкции |
2. |
|
Анализ самосогласованности электрического поля. |
||||
|
формы электронных оболочек? |
3. |
|
1 и 2 вместе. |
||||
9. |
Почему в многоэлектронных |
1. |
|
Ограничено число мест в пространстве. |
||||
|
атомах d- уровень вынужден |
2. |
|
По принципу запрета Паули. |
||||
|
расщепиться на два подуровня? |
3. |
|
В соответствии с принципом неопределенности |
||||
|
|
|
|
|
|
|
Гейзенберга. |
|
10. |
Как |
методом |
математического |
1. |
|
Вычислить максимальную плотность вероятности |
||
|
анализа определить значения U0 и |
|
|
пребывания электрона. |
||||
|
r0? |
|
|
|
2. |
|
Вычислить максимальную вероятность |
|
|
|
|
|
|
|
|
нахождения электрона. |
|
|
|
|
|
|
3. |
|
Приравнять dU/dr = 0 и решить уравнение. |
|
11. |
При каких условиях возможна |
1. |
|
При значительном сближении атомов. |
||||
|
гибридизация уровней 2s-2p |
2. |
|
При повышенных температурах. |
||||
|
в натрии? |
|
|
3. |
|
В сбалансированной кристаллической решетке. |
||
12. |
Ковалентная связь является |
1. |
В сторону ближайшего атома; числом свободных |
|||||
|
направленной и насыщенной. |
|
|
|
уровней. |
|||
|
Куда направлен вектор сил |
2. |
В сторону ближайшего атома; числом валентных |
|||||
|
притяжения и чем определена |
|
|
|
электронов. |
|||
|
насыщенность связи? |
|
3. |
В сторону максимальной электронной плотности; |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
числом свободных уровней. |
13. |
Материал с ковалентной связью |
1. |
Полупроводником. |
|||||
|
между атомами является по |
2. |
Диэлектриком или проводником. |
|||||
|
электрическим свойствам |
|
3. |
Диэлектриком или полупроводником. |
||||
14. |
Какие общие черты между |
1. |
|
Спаривание электронов. |
||||
|
ковалентной и ионной связью? |
2. |
|
Обмен электронами. |
||||
|
|
|
|
|
3. |
|
Ионизация атомов. |
|
15. |
Материал с ионной связью между |
1) |
|
диэлектриком; |
||||
|
атомами является по |
|
2) |
|
полупроводником; |
|||
|
электрическим свойствам |
|
3) |
|
проводником. |
|||
|
|
|
||||||
16. |
Почему в случае ковалентной |
1. Остается высокая вероятность пребывания |
||||||
|
связи ионизация атомов считается |
электрона на оболочке атома. |
||||||
|
частичной? |
|
|
2. Не все валентные электроны участвуют в связях |
||||
|
|
|
|
|
3. Обе причины вместе. |
|||
17. |
Одно из условий возникновения |
1. |
|
Фтор забирает электрон ксенона |
||||
|
-связи – это наличие свободного |
2. |
|
Заполненный внешний уровень ксенона |
||||
|
уровня. Как это требование |
|
|
расщепляется на подуровни. |
||||
|
реализуется в соединениях |
3. |
|
Происходит коллективизация внешних электронов. |
||||
|
ксенона и фтора? |
|
|
|
|
|
|
|
18. |
Для расщепления заполненного |
|
|
1. |
Внешней тепловой энергией |
|||
|
энергетического уровня требуется |
|
|
2. Понижением потенциальной энергии системы. |
||||
|
избыточная энергия. Чем |
|
|
|
3. |
Выделением энергии при образовании связи. |
||
|
компенсируются эти затраты? |
|
|
|
|
|||
19. |
Как |
изменится |
потенциальная |
|
|
1. |
Уменьшится на 10% |
|
|
энергия взаимодействия двух |
|
|
2. |
Увеличится на 10% |
|||
|
ионов при увеличении расстояния |
|
|
3. |
Увеличится на 1,1n |
|||
|
на 10 %? |
|
|
|
|
|
|
|
20. |
Натрий и цезий относятся к одной |
|
|
1. Из-за различной величины заряда ядра |
||||
|
и той же группе щелочных |
|
|
2. Из-за различной конфигурации внутренних |
||||
|
металлов. Почему их соединения с |
|
|
|
оболочек |
|||
|
хлором образуют разные |
|
|
|
3. |
Из-за различия атомных радиусов. |
||
|
кристаллические решетки? |
|
|
|
|
|||
21. |
Материал с поляризационной |
1) диэлектриком |
||||||
|
связью между атомами является |
2) |
|
полупроводником |
||||
|
по электрическим свойствам |
3) |
|
проводником |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||
22. |
Какие |
физические |
факторы |
1. |
|
Силы отталкивания между одноименными ионами. |
||
13
|
препятствуют |
образованию |
2. |
|
Различие атомных радиусов. |
|
||
|
ионных кристаллов |
с плотной |
3. |
|
Оба фактора вместе. |
|
|
|
|
упаковкой? |
|
|
|
|
|
|
|
23. |
В чем отличие элементарной |
1. |
|
Отличается период решетки. |
|
|||
|
ячейки кристаллической решетки |
2. |
|
Отличается вид связей. |
|
|||
|
CsCl от ОЦК решети металлов? |
3. |
|
Отличаются размеры ионов. |
|
|||
24. |
При высокой температуре алмаз |
1. |
|
Повышение энтропии, частичное разрушение |
||||
|
превращается в графит. Каковы |
|
связей |
|
|
|
||
|
термодинамические и физические |
2. |
Увеличение плотности решетки и понижение |
|||||
|
причины этого перехода? |
|
энергии системы. |
|
|
|||
|
|
|
3. |
Повышение энтропии и образование |
|
|||
|
|
|
|
комбинированных связей. |
|
|||
25. |
Какого типа подрешетки образуют |
1. |
|
ОЦК; |
|
|
|
|
|
структуру сфалерита? |
2. |
|
ГЦК; |
|
|
|
|
|
|
|
3. |
|
Примитивные кубические. |
|
||
26. |
Почему ковалентные кристаллы |
1.Из-за направленности и насыщенности связи. |
||||||
|
не имеют плотноупакованных |
2.Из-за большого размера атомов. |
|
|||||
|
решеток? |
|
3.Это энергетически выгодно. |
|
||||
27. |
В какой решетке больше |
|
1) алмаза; |
|
|
|
||
|
расстояние между соседними |
|
2) графита; |
|
|
|
||
|
атомами? |
|
|
3) нет различия. |
|
|
|
|
28. |
Почему межатомное расстояние в |
1) |
разный вид связи; |
|
|
|||
|
плоскости (0001) графита |
2) |
разный порядок связи; |
|
||||
|
существенно меньше, чем между |
3) |
разное направление связей. |
|
||||
|
плоскостями? |
|
|
|
|
|
|
|
29. |
Атомные слои, образованные σ- |
1) |
электростатического отталкивания ионов |
|||||
|
связями элементов 5-й группы, не |
2) |
несимметричности свободных орбиталей |
|||||
|
плоские, как у графита, а |
3) |
различного координационного числа. |
|
||||
|
зигзагообразные из-за |
|
|
|
|
|
|
|
30. |
В чем причина хрупкости |
|
1. Высокая прочность ковалентной связи. |
|||||
|
ковалентных кристаллов? |
|
2. Низкая плотность решетки |
|
||||
|
|
|
|
3. Сдвиг невозможен без разрушения связей. |
||||
31. |
Состоит ли кристалл поваренной |
1. |
Да. |
|
|
|
||
|
соли из молекул NaCl? |
2. |
Нет. |
|
|
|
||
|
|
|
3. |
Определить невозможно. |
|
|||
32. |
Степень коллективизации |
1) меньшей величине заряда ядра |
|
|||||
|
внешних электронов калия выше, |
2) |
отсутствию d-оболочки |
|
||||
|
чем у меди благодаря |
|
3) |
присутствию p-оболочки |
|
|||
33. |
Скорость движения электрона на |
1) |
в никеле |
|
|
|
||
|
уровне Ферми выше |
|
2) |
в меди |
|
|
|
|
|
|
|
3) |
в цинке |
|
|
|
|
34. |
С какой точностью можно |
1. |
v = h/m x |
|
|
|
||
|
определить скорость электрона, |
2. |
v = h/m V |
|
|
|
||
|
находящегося в металлическом |
3. |
v = h/mV |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|||
|
образце объемом V? |
|
|
|
|
|
|
|
35. |
Уровень Ферми |
|
1) растет с увеличением электронной плотности; |
|||||
|
|
|
2) |
|
уменьшается |
с |
увеличением |
электронной |
|
|
|
|
|
плотности; |
|
|
|
|
|
|
3) |
от плотности электронного газа в металлах не |
||||
|
|
|
|
|
зависит. |
|
|
|
36. |
Электронный газ называется |
1) |
|
подчиняется классическим законам; |
|
|||
|
вырожденным, если |
|
2) |
|
подчиняется квантовым законам; |
|
||
|
|
|
3) |
|
одновременно подчиняется как квантовым, так и |
|||
|
|
|
|
|
классическим законам. |
|
||
37. |
Температура вырождения это |
1) существенными становятся квантовые эффекты; |
||||||
|
такая температура, при которой |
2) существенными становятся классические эффекты; |
||||||
|
|
|
3) |
|
одновременно |
проявляются и классические и |
||
14
|
|
|
|
квантовые эффекты. |
|
||
38. |
Степень вырождения с |
1) |
|
растет |
|
|
|
|
увеличением температуры |
2) |
|
уменьшается |
|
|
|
|
|
3) |
|
не меняется |
|
|
|
39. |
Электронный газ в металлах |
1) |
Практически |
всегда находится в |
вырожденном |
||
|
|
|
|
состоянии |
|
|
|
|
|
2) |
|
Практически всегда находится в невырожденном |
|||
|
|
|
|
состоянии |
|
|
|
|
|
3) |
|
Находится |
в |
промежуточном |
состоянии, |
|
|
|
|
соответствующем |
состояниям как |
вырожденного |
|
|
|
|
|
газа, так невырожденного газа |
|
||
40. |
Значение электронной |
1. |
1,48 |
|
|
|
|
|
концентрации, соответствующей |
2. |
1,36 |
|
|
|
|
|
первому отражению от плоскостей |
3. |
1,05 |
|
|
|
|
|
примитивной кубической решетки. |
|
|
|
|
|
|
41. |
Значение электронной |
1. |
1,48 |
|
|
|
|
|
концентрации, соответствующей |
2. |
1,36 |
|
|
|
|
|
первому отражению от плоскостей |
3. |
1,05 |
|
|
|
|
|
ГЦК решетки. |
|
|
|
|
|
|
42. |
Значение электронной |
1. |
1,48 |
|
|
|
|
|
концентрации, соответствующей |
2. |
1,36 |
|
|
|
|
|
первому отражению от плоскостей |
3. |
1,05 |
|
|
|
|
|
ОЦК-решетки. |
|
|
|
|
|
|
43. |
В неупорядоченном состоянии - |
1) |
ОЦК |
|
|
|
|
|
фаза в сплаве Cu-Zn имеет |
2) |
Сфалерита |
|
|
|
|
|
решетку. |
3) |
Типа NaCl |
|
|
|
|
44. |
Компонентом сплава называют |
1) |
химический элемент |
|
|
||
|
входящее в состав сплава |
2) |
химическое соединение |
|
|||
|
|
3) |
химический элемент или соединение |
|
|||
45. |
Фазой называют |
1) |
химический элемент, входящий в состав сплава |
||||
|
|
2) |
химически однородную часть сплава |
|
|||
|
|
3) |
твердую часть сплава |
|
|||
46. |
Никель и цинк – ближайшие |
1. Из-за большой разницы атомных радиусов |
|||||
|
соседи меди по периодической |
2. Из-за различия кристаллических решеток. |
|||||
|
системе. Почему никель образует |
3. |
|
Из-за различной электронной плотности. |
|||
|
неограниченный ряд твердых |
|
|
|
|
|
|
|
растворов с медью, а цинк – нет? |
|
|
|
|
|
|
47. |
В упорядоченном состоянии - |
1) |
|
ОЦК |
|
|
|
|
фаза в сплаве Cu-Zn имеет |
2) |
|
Сфалерита |
|
|
|
|
решетку |
3) |
|
Типа NaCl |
|
|
|
48. |
Максимальная растворимость |
1. |
Cd и Ag находятся в одном периоде; |
||||
|
кадмия в серебре значительно |
2. |
Cd и Ag имеют близкую электронную плотность |
||||
|
выше, чем в меди, так как |
3. |
Cd и Ag имеют одинаковые решетки. |
||||
49. |
Почему фазы внедрения |
1. |
Из-за высокой плотности свободных уровней |
||||
|
образуются только переходными |
2. |
Благодаря способности к ионизации металлоидов |
||||
|
металлами? |
3. |
1 и 2 вместе. |
|
|
|
|
50. |
В чем отличия фаз внедрения от |
1. |
В упорядоченности строения |
|
|||
|
твердых растворов внедрения? |
2. |
В различии кристаллических решеток |
||||
|
|
3. |
В процентном содержании компонентов |
||||
51. |
Металлическая валентность калия |
1. |
Влияет степень коллективизации электронов |
||||
|
и меди одинакова и равна |
2. |
Влияет заряд ядра |
|
|||
|
единице. Почему калий |
3. |
Влияет тип предпоследней электронной |
||||
|
кристаллизуется с образованием |
|
|
оболочки |
|
|
|
|
ОЦК-решетки, а медь – ГЦК? |
|
|
|
|
|
|
52. |
На внешней s-оболочке никеля 2 |
1. |
Понизится |
|
|
|
|
|
электрона, у меди один. Как |
2. |
Повысится |
|
|
|
|
|
изменится уровень Ферми при |
3. |
Никак не изменится |
|
|||
15